發(fā)布時(shí)間：2016-05-25所屬分類(lèi)：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 移動(dòng)無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)是一種自組織、快速配置而且無(wú)需固定設(shè)施的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠以任意的速度和移動(dòng)模式移動(dòng)，也可以隨時(shí)開(kāi)機(jī)和關(guān)機(jī)，這些因素導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不斷變化。本文是一篇 綠色科技論文發(fā)表 范文，主要論述了移動(dòng)自組網(wǎng)AODV路由協(xié)議的優(yōu)化與
移動(dòng)無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)是一種自組織、快速配置而且無(wú)需固定設(shè)施的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠以任意的速度和移動(dòng)模式移動(dòng)，也可以隨時(shí)開(kāi)機(jī)和關(guān)機(jī)，這些因素導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不斷變化。本文是一篇綠色科技論文發(fā)表范文，主要論述了移動(dòng)自組網(wǎng)AODV路由協(xié)議的優(yōu)化與仿真。
摘要： 該文通過(guò)研究移動(dòng)自組網(wǎng)AODV路由協(xié)議，分析了AODV路由協(xié)議在鏈路斷鏈時(shí)進(jìn)行鏈路修復(fù)時(shí)的缺點(diǎn)，提出了AODV-OPT路由協(xié)議;新協(xié)議通過(guò)一個(gè)更加合理的鏈路修復(fù)方案提高了網(wǎng)絡(luò)的性能。仿真實(shí)驗(yàn)表明AODV-OPT路由協(xié)議提高了網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的抵達(dá)率，同時(shí)減小了網(wǎng)絡(luò)中傳送數(shù)據(jù)時(shí)端到端的時(shí)延。
關(guān)鍵詞： 移動(dòng)自組網(wǎng),AODV協(xié)議,優(yōu)化,仿真
Improvement and Simulation of AODV Routing Protocol in Mobile Ad Hoc Network
CHEN Yun-hai
(Department of Electronic Information Technology， Shenzhen Institute of Technology， Shenzhen 518116， China)
Abstract： In this paper，the author researched the AODV routing protocol in mobile Ad Hoc network，analyzed the drawback of the AODV routing protocol when it repair the broken link，and proposed AODV-OPT routing protocol to improve the network performance by a more reasonable way to fix the broken link. The simulation results prove that the AODV-OPT routing protocol can increase the Packet delivery ratio and reduce the Average end to end Delay.
Key words ：Ad Hoc network; AODV protocol ; improvement;simulation
1 引言
無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議可以分為表驅(qū)動(dòng)和按需兩大類(lèi)。在按需路由協(xié)議中，只有節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行通信時(shí)，才建立路由，以減少路由開(kāi)銷(xiāo)。目前用得比較多的典型按需路由協(xié)議為AODV(Ad Hoc on-demand Distance Vector)。
AODV是一種優(yōu)秀的按需路由協(xié)議。在網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變的時(shí)候，它能快速收斂，計(jì)算量相對(duì)較小，占用的存儲(chǔ)資源小，同時(shí)能夠自我修復(fù)斷路，占用網(wǎng)絡(luò)帶寬較小。并且AODV協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)中引入了節(jié)點(diǎn)序列號(hào)機(jī)制，可以有效避免網(wǎng)絡(luò)環(huán)路和無(wú)窮計(jì)數(shù)問(wèn)題。但在有效路由發(fā)生鏈路中斷的情況下，在選擇源節(jié)點(diǎn)修復(fù)還是本地修復(fù)的選擇上，有可能選擇不恰當(dāng)?shù)姆绞剑瑥亩鹁W(wǎng)絡(luò)的整體性能下降。
本文通過(guò)研究和分析現(xiàn)有的AODV路由協(xié)議的工作過(guò)程，在現(xiàn)有的AODV路由協(xié)議的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)優(yōu)化后的路由協(xié)議AODV-OPT。在AODV-OPT路由協(xié)議中，我們根據(jù)鏈路中斷節(jié)點(diǎn)的上一跳節(jié)點(diǎn)的即時(shí)地理位置，選擇合適的路由修復(fù)方案，減少了網(wǎng)絡(luò)中的路由維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)。通過(guò)仿真表明，這種協(xié)議很好地解決了鏈路中斷時(shí)原AODV路由協(xié)議丟包率過(guò)高和數(shù)據(jù)分組傳送延遲較高的問(wèn)題。
2 AODV路由協(xié)議的工作過(guò)程
2.1 AODV路由協(xié)議的路由發(fā)現(xiàn)
在AODV協(xié)議中，當(dāng)一個(gè)源節(jié)點(diǎn)希望發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)時(shí)，這時(shí)候才需要建立一個(gè)源節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的路徑。為了找到通往目的節(jié)點(diǎn)的路徑，源節(jié)點(diǎn)就發(fā)起一個(gè)路徑發(fā)現(xiàn)程序，它廣播一個(gè)路由請(qǐng)求信息RREQ到鄰居節(jié)點(diǎn)，鄰居節(jié)點(diǎn)再轉(zhuǎn)發(fā)這個(gè)RREQ到下一跳鄰居節(jié)點(diǎn)，直到到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)或一個(gè)擁有達(dá)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的有效路徑的中間節(jié)點(diǎn)。
同時(shí)，收到RREQ的中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)RREQ中的信息，建立到源節(jié)點(diǎn)的路由---在路由表中增加一個(gè)路由條目---稱(chēng)為“反向路由”。反向路由條目的目的節(jié)點(diǎn)是廣播RREQ的源節(jié)點(diǎn)，下一跳節(jié)點(diǎn)是將RREQ發(fā)送給本節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)。
如果到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)或一個(gè)擁有達(dá)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的有效路徑的中間節(jié)點(diǎn)時(shí)，這時(shí)候，此節(jié)點(diǎn)回復(fù)路由應(yīng)答消息(RREP)到源節(jié)點(diǎn)，向源節(jié)點(diǎn)傳送是沿著之前建立的方向路由進(jìn)行單播傳送。在傳送的過(guò)程中，收到RREP的節(jié)點(diǎn)建立到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的路由---在路由表中增加一條“正向路由”的路由條目。正向路由條目的目的節(jié)點(diǎn)是發(fā)送RREP的源節(jié)點(diǎn)，下一跳是將RREP發(fā)送給本節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)。
2.2 AODV路由保持過(guò)程
路由建立后，為維護(hù)已建立的路由，每個(gè)節(jié)點(diǎn)周期性地廣播發(fā)送Hello消息，以提供與相鄰節(jié)點(diǎn)的相互連接信息，該消息的傳播僅限于發(fā)送節(jié)點(diǎn)和相鄰節(jié)點(diǎn)之間。收到Hello消息的節(jié)點(diǎn)將建立或更新一條至發(fā)送節(jié)點(diǎn)的路由。在AODV中，任何時(shí)候節(jié)點(diǎn)收到任何控制報(bào)文，也具有和收到顯性的Hello消息一樣的意義，從而隨時(shí)保證節(jié)點(diǎn)的有效連接性。
如果在路由有效的時(shí)間沒(méi)有被使用而引發(fā)路由過(guò)期，或者節(jié)點(diǎn)在確定的有效路由的下一跳無(wú)法到達(dá)(如節(jié)點(diǎn)移動(dòng)或鏈路故障等)時(shí)，該路由無(wú)效。當(dāng)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到某一路由無(wú)效時(shí)，它在路由表中將該路由表項(xiàng)設(shè)置成無(wú)效，且經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后才將其刪除。
如果在傳送數(shù)據(jù)的過(guò)程中，有效路由發(fā)生鏈路中斷，AODV協(xié)議中有兩種處理方式：本地修復(fù)和源節(jié)點(diǎn)重建路由。如果斷鏈處的上一個(gè)節(jié)點(diǎn)距離目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在MAX_REPAIR_TTL跳以?xún)?nèi)，則該節(jié)點(diǎn)就會(huì)進(jìn)行本地修復(fù)，本地修復(fù)是發(fā)生斷鏈的上一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)，為了修復(fù)鏈路，節(jié)點(diǎn)將關(guān)于目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的序列號(hào)增加1，然后廣播關(guān)于目的節(jié)點(diǎn)的RREQ;發(fā)起修復(fù)的節(jié)點(diǎn)等待路由發(fā)現(xiàn)周期來(lái)獲得對(duì)RREQ進(jìn)行訪問(wèn)的RREP。如果斷鏈處的上一個(gè)節(jié)點(diǎn)距離目標(biāo)節(jié)點(diǎn)大于MAX_REPAIR_TTL，則進(jìn)行源節(jié)點(diǎn)修復(fù)，源節(jié)點(diǎn)修復(fù)是發(fā)生斷鏈處的上一個(gè)節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送RERR消息，源節(jié)點(diǎn)收到RERR消息后，由源節(jié)點(diǎn)發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)，源節(jié)點(diǎn)將目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的序列號(hào)增加1，然后廣播關(guān)于目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的RREQ。 如圖1，假定MAX_REPAIR_TTL=4;發(fā)生節(jié)點(diǎn)6與7之間的斷鏈時(shí)，由于節(jié)點(diǎn)6到D的距離為2<4，所以發(fā)起本地修復(fù)，只要修復(fù)6到D之間的路徑即可。如圖2，同樣假定MAX_REPAIR_TTL=4;發(fā)生節(jié)點(diǎn)3與4之間的斷鏈時(shí)，此時(shí)，節(jié)點(diǎn)3與D的距離為5>4，所以發(fā)起源節(jié)點(diǎn)修復(fù)。
2.3 AODV路由協(xié)議的路由修復(fù)過(guò)程的缺陷
我們知道，無(wú)線自組網(wǎng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)是不斷移動(dòng)的，如圖3所示，如果節(jié)點(diǎn)6到7之間斷鏈，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D移動(dòng)到距離源節(jié)點(diǎn)S一跳的位置，這時(shí)節(jié)點(diǎn)6發(fā)起本地修復(fù)將會(huì)引起整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能的下降。這時(shí)反而采用源節(jié)點(diǎn)修復(fù)比較合理。
同樣的，如果節(jié)點(diǎn)3到4之間斷鏈，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D移動(dòng)到距離源節(jié)點(diǎn)附近幾跳的節(jié)點(diǎn)3位置，如圖4所示;這時(shí)通過(guò)源節(jié)點(diǎn)發(fā)起重建路由將會(huì)引起整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能的下降。這時(shí)反而采用本地節(jié)點(diǎn)修復(fù)比較合理。
3 AODV路由協(xié)議的優(yōu)化
3.1 AODV路由協(xié)議的改進(jìn)思想
為了避免無(wú)線自組網(wǎng)在發(fā)生斷鏈時(shí)在鏈路修復(fù)上浪費(fèi)過(guò)多的時(shí)間，必須根據(jù)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)狀況來(lái)判定選用合適的路由修復(fù)方案。無(wú)線自組網(wǎng)發(fā)生斷鏈時(shí)，很多情況下是由于節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)造成的，所以，我們要隨時(shí)跟蹤目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的地理位置情況。我們?cè)O(shè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)離斷鏈處的上一個(gè)節(jié)點(diǎn)的距離為hop1，源節(jié)點(diǎn)離斷鏈處的上一個(gè)節(jié)點(diǎn)的距離為hop2;當(dāng)hop1< hop2 時(shí)，采用本地節(jié)點(diǎn)修復(fù);否則，采用源節(jié)點(diǎn)修復(fù)。為了準(zhǔn)確捕捉目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的地理位置，需要在發(fā)起修復(fù)時(shí)，探測(cè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)和源節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置，根據(jù)探測(cè)結(jié)果來(lái)采取相應(yīng)的修復(fù)方案。我們稱(chēng)這種新的路由協(xié)議為AODV-OPT路由協(xié)議。
3.2 AODV-OPT路由協(xié)議的實(shí)現(xiàn)
NS3網(wǎng)絡(luò)模擬器是一個(gè)優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)模擬器，本身集成了對(duì)一些通用網(wǎng)絡(luò)實(shí)體的建模，并且自帶了對(duì)于AODV路由協(xié)議的仿真源程序。本文以AODV協(xié)議的源代碼為基礎(chǔ)框架，對(duì)改進(jìn)后的路由協(xié)議進(jìn)行編程改進(jìn)，得到了改進(jìn)后的AODV-OPT協(xié)議仿真源碼。然后分別運(yùn)行改進(jìn)前后的源代碼程序，并設(shè)定一定的場(chǎng)景。運(yùn)行后，得出跟蹤信息，然后收集跟蹤信息進(jìn)行對(duì)比分析。
4 AODV-OPT路由協(xié)議的性能仿真與分析
為了對(duì)AODV-OPT路由協(xié)議的性能進(jìn)行分析，我們采用比較優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)模擬器NS3，分別對(duì)AODV、AODV-OPT路由協(xié)議進(jìn)行了分析，通過(guò)仿真分別得到了它們的數(shù)據(jù)包傳送率、端對(duì)端的平均延遲，用來(lái)衡量比較兩種路由協(xié)議的性能。
4.1 模擬場(chǎng)景設(shè)計(jì)
我們知道，在移動(dòng)無(wú)線自組網(wǎng)中，影響移動(dòng)無(wú)線自組網(wǎng)的性能指標(biāo)的節(jié)點(diǎn)因素有：節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)拓?fù)鋮^(qū)域的大小范圍、網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)、有多少節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)(即數(shù)據(jù)鏈路數(shù))、節(jié)點(diǎn)發(fā)包速率、節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度、節(jié)點(diǎn)傳輸能量等。我們?nèi)?0個(gè)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布在300m*1500m的平坦區(qū)域內(nèi)，節(jié)點(diǎn)采用Random Waypoint隨機(jī)運(yùn)動(dòng)模型，節(jié)點(diǎn)發(fā)包速率為2048bit/s，節(jié)點(diǎn)的傳輸能量為7.5 dBm。我們分別記錄節(jié)點(diǎn)的最大移動(dòng)速度為10m/s、20m/s、30m/s、40m/s、50m/s、60m/s、70m/s、80m/s、90m/s、100m/s的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收情況，端到端的傳送延遲情況，然后再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
4.2 數(shù)據(jù)包抵達(dá)率的統(tǒng)計(jì)和分析
數(shù)據(jù)包抵達(dá)率(Packet delivery ratio)是源節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包與目的節(jié)點(diǎn)收到的數(shù)據(jù)包的比值。該指標(biāo)反映了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，表明路由協(xié)議的有效性和適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化的性能。我們可以利用下面這個(gè)計(jì)算機(jī)公式來(lái)進(jìn)行求解數(shù)據(jù)包抵達(dá)率：
數(shù)據(jù)包抵達(dá)率=目的節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)/源節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)
我們根據(jù)仿真過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，得出了兩種路由協(xié)議數(shù)據(jù)包抵達(dá)率的變化情況，如圖5所示。我們可以看出，在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度變大時(shí)，對(duì)于兩種路由協(xié)議，數(shù)據(jù)包抵達(dá)率都有下降的趨勢(shì)。但總體上看，AODV-OPT路由協(xié)議的數(shù)據(jù)包抵達(dá)率明顯高于AODV路由協(xié)議，優(yōu)化造成了網(wǎng)絡(luò)性能的明顯提高。
4.3 平均端到端時(shí)延的統(tǒng)計(jì)和分析
平均端到端時(shí)延反映了在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的時(shí)間特性，特別是對(duì)于按需路由協(xié)議來(lái)說(shuō)顯得更為重要。它包括了節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由查找和在端口排隊(duì)時(shí)，數(shù)據(jù)分組在緩沖區(qū)中的延遲，同時(shí)也包括了MAC層進(jìn)行重組以及分組傳播的時(shí)間。平均端到端時(shí)延即為所有成功傳送數(shù)據(jù)分組時(shí)延的平均數(shù)。我們可以用下面的公式來(lái)計(jì)算：
平均端到端時(shí)延 = ∑(接收到數(shù)據(jù)包的時(shí)間 - 發(fā)送包數(shù)據(jù)包的時(shí)間)/發(fā)送的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)
我們根據(jù)仿真過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，得出了兩種路由協(xié)議數(shù)據(jù)包平均延時(shí)的變化情況，如圖6所示。我們可以看出，AODV-OPT路由協(xié)議的數(shù)據(jù)包平均延時(shí)明顯小于AODV路由協(xié)議。端到端延時(shí)越小，說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)越順暢，表明網(wǎng)絡(luò)的性能越好。因此，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明，優(yōu)化路由協(xié)議明顯提高了無(wú)線自組網(wǎng)的性能。
5 結(jié)束語(yǔ)
本文主要對(duì)無(wú)線自組網(wǎng)中的AODV路由協(xié)議進(jìn)行了研究和改進(jìn)。首先介紹了無(wú)線自組網(wǎng)AODV路由協(xié)議的工作過(guò)程，然后指出了AODV在路由修復(fù)中存在的缺點(diǎn)和不足，并提出了一種改進(jìn)的AODV路由協(xié)議。最后利用NS3網(wǎng)絡(luò)模擬器進(jìn)行編程仿真，運(yùn)行仿真程序，收集仿真過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析;并通過(guò)對(duì)比分析，從而證明了改進(jìn)的路由協(xié)議AODV-OPT在性能上是優(yōu)越的。
參考文獻(xiàn)：
[1] 陳娟.基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)中斷容忍路由協(xié)議的研究[D].北京：北京郵電大學(xué)，2015.
[2] 麻晉文.移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中AODV路由協(xié)議的研究[D] .蘭州：蘭州大學(xué)，2014.
[3] 翟振輝.自組織網(wǎng)絡(luò)中的AODV路由協(xié)議的優(yōu)化研究[D].北京：北京郵電大學(xué)，2011.
[4] Mehdi Zarei，Karim Faez，Javad Moosavi Nya，Modified Reverse AODV Routing Algorithm using Route Stability in Mobile Ad Hoc Networks[C].Multitopic Conferenee，2008，：255-259.
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